DE2917673C3

DE2917673C3 - Method for controlling the traction motors of an electric traction vehicle without running axles at the static friction limit of the wheels

Info

Publication number: DE2917673C3
Application number: DE2917673A
Authority: DE
Inventors: Karl Dipl.-Ing. 1000 Berlin Hahn
Original assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Current assignee: Licentia Patent Verwaltungs GmbH
Priority date: 1979-04-27
Filing date: 1979-04-27
Publication date: 1982-03-11
Also published as: DE2917673B2; AT369326B; IT1141311B; DE2917673A1; ATA203280A; IT8021601A0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Steuerung der Fahrmotoren eines laufachsenlosen Triebfahrzeugs an der Haftreibungsgrenze der Räder gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs.The invention relates to a method for Control of the traction motors of a traction vehicle without running axles at the static friction limit of the wheels according to the preamble of the claim.

Ein solches Verfahren ist aus der DE-OS 27 07 047 bekannt.Such a method is known from DE-OS 27 07 047.

Insbesondere kritisch werden die Forderungen nach einer derartigen hochgenauen Steuerung, wenn das Triebfahrzeug nach Möglichkeit einen Betrieb über längere Zeit im Bereich kleinen Schlupfes gestatten soll, in dem nach neueren Erkenntnissen die übertragbare Kra/t ihr Maximum erreicht. Ein Übergang dieses an sich labilen /.ustandes in den des Mnkroschlupfes mn nur noch geringen Reibwerten muß dabei mit Sicherheit vermieden werden.The requirements for such a highly precise control become particularly critical when the The traction vehicle should, if possible, allow operation over a longer period in the area of small slip, in which, according to more recent findings, the transferable force reaches its maximum. A transition this on unstable / .standes in that of the mnkroschlupfes mn only low coefficients of friction must with certainty be avoided.

Nach der DE-OS 27 07 (M7 dient das Ausgangssignal des Integrators, das entsprechend der Fahrzeugbeschleunigling ansteigt, als Referenzsignal für einen Vergleich mit den Drehzahlen der Fahrmotoren, um bei auftretenden Differenzen die Antriebs- bzw. Bremskräfte der betreffenden Achse zu reduzieren. Da bei einem Integrator über längere Zeit zwangläufig beträchtliche Fehler nicht zu vermeiden sind, ist es notwendig, sein Ausgangssignal immer wieder zu korrigieren, wenn schlupffreier Betrieb vorliegt Hierzu wird im bekannten Fail eine Auswahl der kleinsten bzw. größten Radgeschwindigkeit vorgenommen, die auf den Regelkreis zur Begrenzung des Ausgangssignals des Integrators einwirkt. Dieser Funktionsablauf setzt aber voraus, daß nach jedem Schlupfvorgang, an dem sämtliche Achsen beteiligt sind, möglichst rasch der Rollzustand an mindestens einer der Achsen wieder hergestellt wird. Sonst kann der Integrator der wirklichen Geschwindigkeit mit der Zeit so weit davonlaufen, daß er kein Maß mehr für die wirkliche Geschwindigkeit darstellt und dann ein Makroschlupf nicht mehr verhindert werden kann. Ein längeres Verbleiben im Zustand eines kleinen Schlupfes, wie gefordert, ist demnach hiermit nicht ohne weiteres zu erreichen.According to DE-OS 27 07 (M7 is the output signal of the integrator, which corresponds to the vehicle accelerator increases, as a reference signal for a comparison with the speeds of the traction motors in order to to reduce the drive or braking forces of the axis concerned. There with one Integrator inevitably considerable errors cannot be avoided over a long period of time, it is necessary to be Correct the output signal again and again when there is slip-free operation Failure to make a selection of the lowest or highest wheel speed that will be used in the control loop Limiting the output signal of the integrator acts. However, this functional sequence assumes that after each slip process in which all axles are involved, the rolling condition as quickly as possible at least one of the axes is restored. Otherwise the integrator can get the real speed run away so far over time that it is no longer a measure of real speed and then a macro slip can no longer be prevented. Staying in the state of a small one for a long time Slippage, as required, can therefore not easily be achieved with this.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, dieses bekannte Verfahren speziell für wechselrichtergespeiste Drehstromantriebe so weiterzubilden, daß möglichst exakt ständig im Bereich kleinen Schlüpfens, d. h. maximal übertragbaren Drehmomentes, gefahren werden kann, ohne daß die Gefahr besteht, daß der Integrator »davonläuft«.The invention is based on the object of developing this known method specifically for inverter-fed To develop three-phase drives so that as exactly as possible constantly in the area of small slippage, d. H. maximum transmittable torque, can be driven without the risk of the Integrator "runs away".

Diese Aufgabe wird ausgehend von einem Verfahren der eingangs genannten Art durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs gelöst.This task is based on a method of the type mentioned by the characterizing Features of the claim solved.

Die Erfindung verwendet dabei in neuartigem Zusammenhang die Drehmoment-Führungsgröße und die Ständerfrequenz-Stellgröße eines an sich bekannten drehmomentgeregelten Drehstrom-Fahrzeugantriebs (z. B. beschrieben in »Technische Mitteilungen AEG-Telefunken« 67/1977, S. 35-43).The invention uses the torque reference variable and in a novel context the stator frequency manipulated variable of a torque-controlled three-phase vehicle drive known per se (For example, described in "Technische Mitteilungen AEG-Telefunken" 67/1977, pp. 35-43).

Durch die Ausnutzung des drehzahlstarren Verhaltens von Drehstromfahrmotoren bei konstanter Ständerfrequenz wird in Vsrbind.,ng mit einer Reduzierung der Ständerfrequenz in Abhängigkeit von der zeitlichen Ableitung einer evt!. auftretenden Soll-Istwertdifferenz des Drehmomentes erreicht, daß der Radschlupf langsam um die Größe herum, bei der die größte Reibkraft erzielt wird, pendelt.By utilizing the fixed-speed behavior of three-phase traction motors at constant Stator frequency is in Vsrbind., Ng with a reduction the stator frequency depending on the time derivative of an event! occurring target / actual value difference of the torque achieved that the wheel slip slowly around the size at which the greatest frictional force is achieved, commutes.

An Hand eines Blockschaltbildes wird eine prinzipielle Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens näher erläutert. Eine Schaltungsanordnung dieser Art ist nachträglich leicht in schon bestehende Schaltungen integrierbar, was eine vorteilhafte Nachrüstmoglichkeit bei Fahrzeugen bedeutet.On the basis of a block diagram, a basic arrangement for implementing the inventive Procedure explained in more detail. A circuit arrangement of this type is easy to retrofit existing circuits can be integrated, which means an advantageous option for retrofitting vehicles.

Das Blockschaltbild ist einer Drehstrom-Traktionsschaltung einzufügen und weist drei getrennte Eingänge t, 2, 3 und einen Ausgang 4 auf. Dem Eingang 1 wird dabei ein Ständerfrequenz-Signal f\ vorgegeben, das die Stellgröße einer nicht näher dargestellten Drehmomentregelung für die Fahrmotoren ist. Dieses Ständerfrequenz-Signal entspricht der für die Erzeugung eines bestimmten Drehmomentes erforderlichen Schlupffrequenz ± der gemessenen Rotationsfrequenz. Die Signalbildung kann im einfachsten Fall als analoge Spannung, bei Rechnertechnik in digitaler Darstellung erfolgen. Dein Lingang 2 wird die \ ührungsgröße für das Drehmoment Müson und dem Eingang 3 der Istwert für das Drehmoment Md/,, zugeführt. Dem Ausgang 4 ist dann ein um den Radschlupf korrigiertes Ständerfrequcnz-bignal ft für die Wechselrichtersteuerung eninehmbar. The block diagram is to be inserted into a three-phase traction circuit and has three separate inputs t, 2, 3 and one output 4. The input 1 is given a stator frequency signal f \ , which is the manipulated variable of a torque control, not shown in detail, for the traction motors. This stator frequency signal corresponds to the slip frequency required to generate a certain torque ± the measured rotational frequency. In the simplest case, the signal can be generated as an analog voltage or, in the case of computer technology, in digital representation. Your Lingang 2, the \ EADERSHIP size for the torque Müson and the input 3 of the actual value for the torque Md / ,, supplied. A stator frequency signal ft corrected for the wheel slip can then be received from output 4 for the inverter control.

Zur FunktionAbout the function

Solange kein Radschlupf auftritt, ist das am Ausgang 4 ausgegebene Ständerfrequenz-Signal f\ gleich dem am Eingang 1 anliegenden Ständerfrequenz- ~, Signal /Ί für die Drehmomentenregelung des Fahrmotors. Über einen Integrator 5 wird aus der am Eingang 2 anstehenden Drehmomenten-Führungsgröße Mdsoii die auf Grund der resultierenden Beschleunigung zu erwartende Siänderfrequenz-Änderung ermittelt, wo- in bei im Fahrbetrieb die Integration aufwärts und beim Bremsbetrieb abwärts erfolgt Dazu sind entsprechend die zur Additionssielle 6 führenden Schaltzweige entweder fürAs long as there is no wheel slip, the stator frequency signal f \ output at output 4 is equal to the stator frequency ~, signal / Ί applied to input 1 for the torque control of the traction motor. Via an integrator 5, the torque reference variable Mdsoii present at input 2 is used to determine the change in frequency to be expected due to the resulting acceleration, with the integration upwards during driving and downwards during braking Branches either for

»Fahren«: Schalter 7 und 8 mit Diode 9 oder für ^ΙΊ »Bremsen«: Schalter 10 mit Negationsglied 11 und Schalter 12 mit Diode 13"Driving": switches 7 and 8 with diode 9 or for ^ΙΊ "braking": switch 10 with negation element 11 and switch 12 with diode 13

einzuschalten. Im folgenden soll der Vorgang für den Fahrbetrieb betrachtet werden. Der Integrators inte- jn griert somit auch die der zu erwartenden Beschleunigung proportionale Frequenzsteigerung aufwärts, wobei er so gesteuert wird, daß er etwas schne'^er ist, als es der mit diesem Drehmoment sich einstellenden Frequenzsteigerung entspricht Der Ausgang des r> Integrators 5 ist mit dem Minus-Eingang eines Reglers 14 verbunden, der den Integrationswert mit dem vom Eingang 1 an den Plus-Eingang der Additionsstelle 6 geführten vorgegebenen Ständerfrequenz-Signal f\ vergleicht Sein Ausgang ist negativ und wird über den jo Schaltzweig für »Fahren« mit Schalter 8 und Diode 9 und die Additionsstelle 6 auf den Integrator 5 rückgekoppelt. Die Gegenkopplung bewirkt, daß die den Integrators steuernde Drehmoment-Führungsgröße Mdsoiiso weit herabgesetzt wird, daß f\ nicht größer als v, h werden kann. Das korrigierte Ständerfrequenz-Signal am Ausgang 4 läuft somit mit dem am Eingang 1 anstehenden unkorrigierten Ständerfrequenz-Signal mit solange letzteres nicht schneller steigt als der Integrator 5 integrieren kann.to turn on. In the following, the process for driving will be considered. The integrator thus also integrates the increase in frequency proportional to the acceleration to be expected, whereby it is controlled in such a way that it is somewhat faster than corresponds to the increase in frequency that occurs with this torque connected to the minus input of a controller 14, which compares the integration value with the specified stator frequency signal f \ sent from input 1 to the plus input of addition point 6. Its output is negative and is switched via the jo switching branch for "driving" with a switch 8 and diode 9 and the addition point 6 are fed back to the integrator 5. The negative feedback has the effect that the torque command variable Mdsoiiso controlling the integrator is reduced far so that f \ cannot become greater than v, h . The corrected stator frequency signal at output 4 thus runs with the uncorrected stator frequency signal present at input 1 as long as the latter does not rise faster than the integrator 5 can integrate.

Wenn j-doch eine Achse infolge Schlupfes schneller zu beschleunigen beginnt, dann wird die Drehmomentenregelung des Motors die Ständerfrequenzvorgabe /j am Eingang 1 entsprechend schnell ansteigen lassen, um das Drehmoment aufrecht zu erhalten. Das Ausgangs- ->> signal des Integrators 5 kann dem nicht mehr folgen und steigt nur wenig schneller an als bisher, d. h. als es der Frequenzsteigerung ohne Schlupf entsprechen würde. Der Regler 14 kann dabei nicht wirksam werden, da die Diode 9 bei positivem Ausgang sperrt und auch der Pfad 12, 13 unterbrochen ist Die Achse, die im Begriff zu schleudern steht, kann ihre Drehzahl jedoch nur so schnell erhöhen, wie es dem abgegebenen Ständerfrequenz-Signal f\ für den Wechselrichter und Motor am Ausgang 4 entspricht, d. h. der Schlupf vergrößert sich nur sehr langsam. Dabei wird ein Gebiet steigenden Reibwertes durchlaufen, was eine Erhöhung der Drehmomentanforderung erbringt Sobald dieses Gebiet durchquert ist ist das Drehmomentmaximum überschritten und das Drehmoment beginnt zu fallen. Gleichzeitig wird die Radbeschleunigung größer, und die Fahrmotorschlupffrequenz verringert sich. Die Drehzahl nähert sich dabei dann jeweils der Synchrondrehzahl des Motors soweit, wie das noch abgegebene Drehmoment dem Reibwert der Schiene entspricht. Das fallende Drehmoment wird gemeF--::n und als Drehmoment-istwert Md;_sl dem Eingang 3 der Anordnung zugeführt Dieser steuert über einen Vergleichspunkt 15, an dem auch die Führungsgröße Mdsoii anliegt einen Differentiator 16. Dieser bildet die erste zeitliche Ableitung aus der Differenz aus Soll- und Istdrehmoment — für das Istdrehmoment kann auch eine proportionale Ersatzgröße verwendet werden — und wirkt über einen Schaltzweig für »Fahren« mit Negationsglied 17, Diode 18 und Schalter 19 auf die Additionsstelle 6. Damit wird bewirkt daß der Integrator 5 abwärts läuft und das korrigierte Ständerfrequenz-Signal f\ wieder zurücknimmt Hierdurch wird auch die Achsdrehzahl wieder aus dem Gebiet zu großen Schlupfes in den Bereich geringen Radschlupfes zurückgeführt Mit 20, 2Ϊ ist noch der entsprechende Schaltzweig für »Bremsen« bezeichnet Der geschilderte Vorgang wiederholt sich mit einer langsamen Periode, und zwar umso langsamer, j ρ genauer der Integrator an die der wirklichen Fahrzeugbeschleunigung entsprechende Frequenzänderung angepaßt ist. Purch die Erfindung pendelt der Radschlupf langsam um die Größe herum, bei der die größte Reibkraft erzielt wird.If, however, an axis begins to accelerate faster due to slip, the torque control of the motor will increase the stator frequency specification / j at input 1 correspondingly quickly in order to maintain the torque. The output - >> signal of the integrator 5 can no longer follow this and increases only a little faster than before, ie than would correspond to the increase in frequency without slip. The controller 14 cannot be effective because the diode 9 blocks when the output is positive and the path 12, 13 is also interrupted Signal f \ for the inverter and motor at output 4, ie the slip increases only very slowly. An area with increasing coefficient of friction is passed through, which results in an increase in the torque requirement. As soon as this area is crossed, the maximum torque is exceeded and the torque begins to fall. At the same time, the wheel acceleration increases and the traction motor slip frequency decreases. The speed then approaches the synchronous speed of the motor as far as the torque still output corresponds to the coefficient of friction of the rail. The falling torque is measured - :: n and as the actual torque value Md; _sl fed to input 3 of the arrangement.This controls a differentiator 16 via a comparison point 15, at which the reference variable Mdsoii is also present - and acts via a switching branch for "driving" with negation element 17, diode 18 and switch 19 on the addition point 6. This causes the integrator 5 to run downwards and reduce the corrected stator frequency signal f \ the area with too high slip is returned to the area with low wheel slip. 20, 2Ϊ denotes the corresponding switching branch for "braking". The process described repeats itself with a slow period, and the slower, j ρ more precisely the integrator to that of the actual vehicle acceleration corresponding frequency change is adapted. Purch the invention, the wheel slip slowly oscillates around the size at which the greatest frictional force is achieved.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Claim:

Method for controlling the traction motors of an electric traction vehicle without a running axle on the Static friction limit of the wheels with the following characteristics:

- An integrator is provided, the input of which is representative of the pulling or braking force Signal is supplied and which is dimensioned so that under the influence of this signal, the rate of change of the output signal little is greater than the expected change in a slip-free operation at least approximated signal proportional to the driving speed;

- a force acting on a further input of the integrator control circuit is the output signal of the integrator can be limited in such a manner that it is not greater in the driving mode and the braking mode is not less than accurate at least approximately proportional to the vehicle speed signal;

characterized by the application to a vehicle with an inverter-fed three-phase drive, in which a torque control with a stator frequency signal as the manipulated variable and the following characteristics:

- The reference variable (MdSoii) of the torque control serves as a signal representative of the traction or braking force;

The uncorrected stator frequency signal (f,) of the torque control serves as Sigi J , which is at least approximately proportional to the driving speed;

- the output signal of the integrator is used as a corrected stator frequency signal (f \) to control the inverter;

- one of the rate of change of the target / actual value difference The signal proportional to the torque control also controls the integrator in the sense of a reduction in the rate of change in its output signal.